84-1

21

Таблица 5.2 Расчетные значения показателей тормозных свойств в зависимости от ко-

эффициента сцепления шин с дорогой

j, м/с2 t0, с S0, м

Sт, м t, c j, м/с2

Рис. 5.1. Графики зависимости установившегося замедления, тормозного пути и времени торможения от начальной скорости автомобиля при постоянном ϕх

Sт, м t, c j, м/с2

Рис. 5.2. Графики зависимости показателей тормозных свойств автомобиля от коэффициента сцепления шин с дорогой при постоянной скорости

Выводы по работе:

22

Устойчивость автотранспортных средств

Практическая работа № 6 Расчет показателей устойчивости автомобиля

Устойчивость - совокупность свойств, определяющих положение автотранспортного средства или его звеньев при движении. Нарушение устойчивости АТС выражается в произвольном изменении направления движения, его опрокидывании или скольжения шин по дороге. Оценочными показателями устойчивости являются критические параметры движения и положения. Различают продольную и поперечную устойчивость автомобиля. Признаками потери поперечной устойчивости являются: изменение направления движения (курсовая устойчивость); поперечное скольжение (занос) и опрокидывание, а продольной устойчивости - буксование ведущих колес и опрокидывание.

Потеря автомобилем продольной устойчивости выражается, как правило, в буксовании ведущих колес, часто наблюдаемое при преодолении автопоездами затяжных подъемов при скользкой дороге. Опрокидывание АТС в продольной плоскости возможно лишь при дорожно-транспортном происшествии.

Показателями курсовой устойчивости служат средняя скорость поперечного смещения без корректирующих воздействий со стороны водителя Vn и средняя угловая скорость поворота рулевого колеса ωp . Эти показатели определяют экспериментально при испытании АТС.

Показателями поперечной устойчивости автомобиля при криволинейном движении являются критические скорости (максимально возможные) по боковому скольжению Vск и боковому опрокидыванию Vonp, критические углы косогора (угол поперечного уклона дороги) по боковому скольжению βск и по боковому опрокидыванию βопр .

В данной работе студенты должны определить расчетными методами величины практических скоростей поперечного скольжения и опрокидывания в зависимости от радиуса поворота дороги в плане и дорожных условий. С этой целью можно использовать выражения для критической скорости при движении автомобиля на повороте:

- для случая поперечного скольжения

поперечного уклона дороги, град; hg - высота центра тяжести полностью груженого автомобиля, м; ϕy - коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой.

Здесьηny - коэффициент поперечной устойчивости автомобиля.

Из условия равенства поперечных сил сцепления шин с дорогой и поперечных сил, действующих на автомобиль при движении на повороте

можно также найти максимальный угол поперечного уклона дороги (косогора), по которой автомобиль движется без скольжения:

Как следует из выражения (6.7) на прямолинейном участке дороги tgβск =ϕy .

Из уравнения моментов сил относительно оси, проходящей через контакты шин внешних колес, находят значение максимально допустимого угла косогора, по которому автомобиль может двигаться без опрокидывания:

Из формулы (6.8) очевидно, что при движении на прямолинейном участке

tgβопр = B ,

2hg

24

т.е. βопр равен коэффициенту поперечной устойчивости автомобиля ηy . Вышеприведенные формулы (6.1 – 6.4, 6.7, 6.8), используемые для расче-

та параметров Vск , Vопр , βск , βопр , справедливы лишь для случая, когда предполагают, что автомобиль представляет собой жесткую систему. В действительности он является сложной системой с шарнирными и упругими связями и элементами. Поэтому под действием поперечных сил кузов автомобиля поворачивается и наклоняется в поперечном направлении. При этом упругие элементы подвески (рессоры, пружины и т.д.) деформируются. Упруго деформируются и шины АТС. С учетом этих элементов критическая скорость опрокидывания на 10 – 15% меньше, чем полученная для жесткой системы.

При определении критической скорости поперечного скольжения часто допускают, что продольные силы отсутствуют, и колеса обеих осей автомобиля скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практике наблюдается очень редко, обычно раньше начинают скользить колеса или переднего, или заднего мостов.

Без учета динамических нагрузок критическую скорость скольжения ко-

случаях VCK1 > VCK2 , т.е. наиболее вероятен занос заднего моста, что приводит к изменению мгновенного радиуса поворота автомобиля, соответственно, к росту центробежной силы и непрерывному изменению радиуса поворота. Такое дви-

25

жение автомобиля называется заносом. Занос чрезвычайно опасен, т.к. развивается очень быстро и может привести к опрокидыванию АТС.

В данной работе студент по формулам (6.1, 6.2, 6.7 – 6.10) определяет значения Vск, Vonp, βск , βопр , Vск1 и Vск2 согласно заданию, в котором указывается марка автомобиля, значения коэффициента поперечного сцепления шин с дорогой ϕy , предельные значения радиуса поворота. Величина высоты центра тяжести hg зависит от марки автомобиля, степени нагрузки. По формуле (6.5) можно определить также величину hg, если задан коэффициент ηny , значения которого для отечественных автомобилей находятся в пределах: для легковых - 0,95 - 1,15; для грузовых - 0,6 - 0,8; для автобусов - 0,9 - 1,2. Результаты расчетов заносят в табл. 6.1 и 6.2.

ций (рис. 6.1 и 6.2):

26

Vопр, м/с Vск, м/с

0 0 5 10 15 20 25 30 V, м/с

Рис. 6.2. Графики зависимости угла опрокидывания и скольжения от скорости автомобиля

Выводы по работе:

27

Поворачиваемость автотранспортных средств

Практическая работа № 7 Определение шинной поворачиваемости автомобиля

Поворачиваемостью называют способность автомобиля изменять направление движения баз поворота управляемых колес. Существуют две причины поворачиваемости под действием боковых сил; увод колес в результате поперечной деформации шин; поперечный крен, обусловленный упругой деформацией рессор, пружин и других упруго-деформируемых элементов автомобиля.

Уводом называют качение колеса под углом к своей плоскости. Причиной увода является то, что шины обладают не только радиальной, но и боковой эластичностью. Под действием боковых сил (поперечный уклон дороги, поворот автомобиля, боковой ветер) шины колес деформируются в поперечном направлении, и колесо начинает катиться под некоторым углом δy к пер-

воначальной, т.е. заданной водителем траектории. Этот угол называют углом увода.

Между боковой силой и углом увода существует определенная зависимость. При малых боковых силах шина деформируется без скольжения элементов ее контакта с дорогой, сила увода и угол увода при этом связаны зависимостью

где K ув - коэффициент сопротивления уводу, Н/рад.

Величина K ув зависит от многих факторов: вертикальной Рz и касательной Ру сил, приложенных к колесу; угла наклона колеса к вертикали (угол развала); давления воздуха в шине; ширины обода колеса; жесткости каркаса шины; степени износа протектора и т.д. Их влияние на K ув , учитывается экспериментальными поправочными коэффициентами qi :

Pу = q1 q2 q3 q4 K ув δув ,

где q1 , q2 и т.д. - коэффициенты, учитывающие влияние указанных факторов на коэффициент сопротивления уводу.

28

Для шин легковых автомобилей Кув = 15 - 40 кН/рад, а для грузовых автомобилей и автобусов Кув = 30 - 100 кН/рад. Максимальные углы увода шин составляют 12 - 14, а средние – 2 - 6 градусов.

При наличии увода центр поворота автомобиля смещается пропорционально углу увода задних колес (рис. 7.1) от точки 0 в точку 01 и мгновенный центр поворота уменьшается до R1. Из рис. 7.1 очевидно, что

Рис. 7.1. Схема движения автомобиля на повороте с эластичными шинами (θ - угол поворота управляемых колес; V1 и V2 - векторы скоростей качения передней и задней осей колес; L - колесная база)

Из зависимости (7.3) следует, что под действием боковых сил автомобиль может двигаться криволинейно и при θ = 0, т.е. когда управляемые колеса не поворачиваются, а кривизна траектории зависит от соотношения углов δy1 и

δy 2 . Если δy1 =δy 2 , то радиус R1 равен бесконечности, т.е. автомобиль движется прямолинейно. Тогда шинную поворачиваемость автомобиля называют нейтральной. Однако автомобиль, имеющий нейтральную поворачиваемость, под

29

действием боковых сил будет двигаться прямолинейно, но под углом δy к прежнему (заданному водителем) направлению движения. Если δy1 > δy 2 -

шинную поворачиваемость называют недостаточной. При прямолинейном движении в таком случае автомобиль поворачивается вокруг центра, но составляющая центробежной силы Р, направлена в сторону противоположную поперечной силе, что уменьшает результирующую силу. Если δy1 < δy 2 - шинную

поворачиваемость называют излишней. В таком случае центробежная сила совпадает по направлению с внешней силой, что увеличивает вероятность заноса или опрокидывания.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля также служит коэффициент поворачиваемости:

где G1 и G2 - осевые нагрузки на соответствующие оси, Н.

При излишней шинной поворачиваемости ηпов >1, при нейтральной - ηпов = 1; при недостаточной ηпов <1.

Креновая поворачиваемость связана с конструкцией подвески. Под действием боковых сил кузов автомобиля (его надрессоренная часть) наклоняется, вызывая сжатие рессор с одной стороны и распрямление других, в результате мост поворачивается в горизонтальной плоскости от вертикальной оси, проходящей через центр моста. Если углы поворота переднего и заднего мостов не одинаковы по величине и направлению, то автомобиль вследствие крена поворачивается, хотя передние колеса остаются в нейтральном положении.

Увод автомобиля зависит также от развала колеса. Если направление поперечной силы совпадает с направлением развала, то увод увеличивается. Развал колеса, равный 1°, вызывает увод на угол 10-20°. При двухрычажной подвеске колеса наклоняются в сторону крена кузова в направлении действия поперечной силы Ру, что увеличивает угол увода моста. При однорычажной подвеске колеса наклоняются в сторону, противоположную крену кузова, т.е. навстречу поперечной силе, что уменьшает угол увода моста.

Потеря управляемости у автомобиля, имеющего излишнюю поворачиваемость, может наступить и при отсутствии боковой силы в случае дости-

30

жения некоторой скорости, называемой критической Vув. Поскольку углы увода δy1 и δy 2 пропорциональны боковым силам, то

Врасчетной части этой работы каждый студент определяет значения ηпов

иVув в зависимости от изменения нагрузки на оси автомобиля. Преподаватель

задает марку автомобиля или автобуса. Студент согласно техническим характеристикам выбирает G1 и G2 для снаряженного и полностью загруженного автомобиля при разных значениях Kув. Расчетные значения ηпов и Vув, вычисленные по формулам (7.4) и (7.7) с учетом выражений (7.1 - 7.3), указываются в табл. 7.1 и 7.2. На основе этих значений строятся графики зависимости коэффициента поворачиваемости и скорости увода от коэффициента сопротивления уводу

(рис. 7.2 а, б)